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Verstärkungsfasern fUr thermoplastische, bitumenhaltige Stoffe Die
vorliegende Erfindung betrifft das Verstärken von thermoplastischen, bituminösen
Folienstoffen, die durch Mischen von Polyolefinen mit Erdölbitumen hergestellt werden
oder aus reinem Erdölbitumen bestehen, mit Fasern, Vliesen oder Geweben.
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Thermoplaati.sche Stoffe werden vielfach zu Folien oder Bahnen verarbeitet,
die zum Abdichten von Dächern, Kanälen, Wannen und dergleichen und zum Auskleiden
von Behältern als Korrosionsschutz verwendet werden. Um die Dimensionsstabilität
oder die Verklebung auf dem Untergrund zu verbessern, werden sie mit. Faservliesen.
oder Geweben ein- oder beidseitig beschichtet oder es werden Faservliese oder -gewebe
in sie eingebettet. Oft arbeitet man auch Stapelfasern in die thermoplastische Masse
ein. Die Haftung von Vliesen oder Geweben an der Oberfläche der Folien erfolgt durch
Verkleben mit Kunststoff-Dispersionen oder durch teilweises Einbetten in der angeschmolzenen
Folienoberfläche.
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Es ist bekannt, für rein bituminöse Stoffe und für Gemische aus Bitumen
und Kunststoffen Verstärkungsfasern aus Jute, Wollfilz oder Glas zu verwenden. Fasern
aus Jute oder Wollfilz neigen jedoch zur Verrottung und müssen deshalb gegen Feuchtigkeit
imprägniert werden. Ihre Festigkeit läßt zu wünschen Ubrig. Deshalb haben Glasfasern
eine zunehmende Anwendung gefunden und werden als Vliese oder Gewebe zum Beschichten
oder als Stapelfasern zum Einarbeiten bei bituminösen Stoffen benutzt.
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Die Glasfasern werden als dünne Fäden aus der Glasschmelze gezogen
und mit einer Schlichte versehen, die die Weiterverarbeitung ermöglicht. Sie besteht
aus Stärke- oder Kunststoff-Filmen,
die die Oberfläche der Glasfasern
schlitzen and ihren Zusammenhalt bewirken und aus einem Gleitmittel auf Chrom- oder
Silan-Basis. Bei Kunststoffschlichten kommen noch Haftvermittler hinzü, die die
Haftung zwischen Glas und Kunststoff herstellen.
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Für die Folienbeschichtung werden Uberwiegend Glasfaservliese benutzt.
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Diese Glasfaservliese bewirken zwar eine hohe Zerreißfestigkeit der
Folie. Bei guter Verankerung mit dem bituminösen Stoff wird durch sie auch eine
gute Dimensionsstabilität erzielt. Sie weisen aber auch gravierende Nachteile auf,
die ihre Verwendung problematisch machen.
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So fließt oder rutscht z.B. reines Bitumen unter Sonneneinwirkung
bei stark geneigten Bahnen von den glatten Fasern ab. Bei der Beschichtung von Folien
aus Bitumen-Kunststoffgemischen mit Glasfaservlies aber muß allergrößte Aufmerksamkeit
darauf gelegt werden, daß Schlichten und Haftvermittler die Folie durch ehemisohe
Einwirkungen nicht schädigen, was eine Verringerung der Festigkeitseigenschaften
zur Folge hätte. Die Kontrolle, ob schädigende Substanzen bei Glasfasererzeugnissen
vorliegen, ist schwierig und läßt sich erst durch langwierige Labor- und Praxisversuche
an beschichteten Folien feststellen.
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Der große Unterschied in der thermischen Ausdehnung von Kunetstoff
bzw. Bitumen und Glas bewirkt, daß sich eine in der Wärme und unter Druck beim Extrudieren
beschichtete Folie beim Auslegen an den Seiten um mehrere Zentimeter aufwölbt. Dieses
sogenannte Aufschttsseln erschwert die Verklebung auf den Untergrund, die meist
mit heißem schmelzflassigem Bitumen erfolgt, in starkem Maße. Die geforderte Flexibilität
bzw. Schmiegsamkeit der Folie für Abdichtungs- und Korrosionsschutzzwecke wird aber
durch das steife Glasfaservlies oder -gewebe beeinträchtigt. Die Verklebung von
Ecken und Kanten macht Schwierigkeiten.
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Beim Verschweißen der Folie muß das spröde Glasfaservlies an den Schweißnähten
entfernt und der Untergrund von Glasresten gesäubert werden.
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Es wurde nun gefunden, daß man die geschilderten Nachteile vermeidet
und besonders vorteilhaft mit bituminösen Klebeinassen verarbeitbare faserverstärkte
bituminöse oder bitenhaltige thermoplastische Bahnen erhält, wenn man für die Verstärkung
bitumenverträgliche Thermoplaste anwendet und diese bei Temperaturen unter 150°C
mit der bitumenhaltigen Bahn verbindet.
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Unter bitumenverträglichen Stoffen versteht man erfindungsgemäß Thermoplaste,
die einen Brweiohungs- bzw. Schmelzpunkt, zumindest den überwiegenden Teil der Fasern
betreffend, hoher als 1500C, vorteilhaft höher als i900C, haben und die sich im
schmelzflüssigen Zustand in schmelzflüssigen Erdölbitumen homogen verteilen und
nach dem Erkalten der Schmelze homogen verteilt bleiben, d.h. sich nicht wieder
entmischen.
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Als synthetische lineare bzw. praktisch lineare fadenbildende organische
Hochmolekulare zur Herstellung der' Fäden kommen besonders übliche lineare synthetische
hochmolekulare Polyamide mit in der Hauptkette wiederkehrenden Carbonamidgruppen,
fadenbildende Olefinpolymerisate, fadenbildendes Polyacrylnitril- bzw.
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überwiegend Acrylnitrileinheiten enthaltende fadenbildende Acrylnitrilcopolymerisate
sowie Cellulosederivate, wie Celluloseester, in Betracht. Geeignete hochmolekulare
Verbindungen sind z.B. Nylon-6, Nylon-6,6, Polyäthylenterephthalat, lineares Polyäthylen
oder isotaktisches Polypropylen.
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Besonders vorteilhaft für Verstärkungszwecke sind Polyamid vliese,
die aus endlosen Strukturfasern auf Basis 6-Polyamid und Bindefasern aus einem niedrigechmelzenden
Copolyamid bestehen. Das Vlies besteht aus reinem Polyamid ohne Zusätze wie Schlichten,
Bindemittel, Haftvermittler und besitzt daher eine ausgezeichnete Verträglichkeit
mit dem zur Beschichtung verwendeten Bitumen oder Bitumengemisch. Das als Bindemittel
verwendete Copolyamid liegt beim verfestigten Vlies nicht mehr in Form von Endlosfasern
vor, sondern verbindet die Strukturfasern in Form von unregelmäßig geformten faserigen
Bindeelementen.
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Der Schmelzpunkt der in den Beispielen angeführten Bindefasern
beträgt
ca. 1750C, der Schmelzpunkt der Strukturfasern aus 6-Polyamid ca. 220°C.
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Außer Polyamid-Fasern eignen sich auch solche au. Polypropylen, hochmolekularem
Polyäthylen und deren Mischpolymerisaten und aus snderen Polyolefinen, sofern sie
bitumenverträglich sind und ein gutee Wärmeatandvermögen besitzen. Fasern aus Polyvinylchlorid
oder Polyester sind dagegen für den erfindungsgemäßen Einsatz unbrauchbar, weil
diese Kunststoffe sich aus der Schmelze wieder entmischen, Am Beispiel eines Polyamid-Vlleses
der oben beschriebenen Art, das zum Beschichten einer Folie aus einem Bitumen-Eunststoff-Gemisch,
bestehend aus 50 % eine. Erdölbitumens mit der Penetration 80 1/10 mm und 50 k eines
Äthylen-Butylacrylat-Xi.ohpolymerixates, verwendet wird, soll das Wesen der Erfindung
und die Vorteile gegenüber der Verwendung bekannter Fasererzeugnisse näher erläutert
werden.
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Die thermoplastische Folie wird unmittelbar nach dem Extrudieren,
also in noch plastischem Zustand, mit dem Vlies beschichtet, indem das Vlies in
die noch plastische Folie durch eine Druckwalze teilweise eingebettet wird. Da die
Temperatur der plastischen Folienmasse nur etwa 140 bis 150°C beträgt, kann man
nur von einer mechanischen Verhaftung sprechen, die aber völlig ausreicht, um die
geforderte Dimensionsstabilität zu erreichen.
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Bringt man unbeschichtete Trägervliese mit einer Zündquelle in Berührung,
eo schrumpft das Vlies aufgrund seiner Schrumpfkraft von der Brandstelle weg und
verlöscht von selbst nach dem Entfernen der Zündquelle.
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Da bei der Herstellung rein bituminöser Dichtbahnen das Bitumen mit
Temperaturen von über 2000C verarbeitet wird, ist die Bindung zwischen Fasern und
Bitumen 80 groß, daß ein Ablaufen bzw. Abrutschen an senkrechten Wänden vermieden
wird. Man kann derartige Vliese auch benutzen, um eine Verklebung von zwei oder
mehreren Kunststoff-Folien zu erzielen.
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Gemäß der Erfindung kann man auch Vliese oder Gewebe aus nicht bitumenverträglichen
Strukturfasern mit hohem Erweichungspunkt verwenden, sofern diese mit bitumenverträglichen
Bindefasern mit niedrigerem Erweichungspunkt durchsetzt sind. Durch das Anschmelzen
bzw. Verschmelzen der Bindefasern bei der Verarbeitung mit Bitumen oberhalb 200°C
werden die Strukturfasern stellenweise fest mit den bituminösen Bahnen bzw. Bitumen-Kunststoff-Folien
verbunden und somit ihre Haftfestigkeit erhöht.
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Beispiel 1 Die Prüfung der Dimensionsstabilität wurde nach DIN 16
935 durchgeführt. Drei Folienproben von 100 x 100 mm wurden in mindestens 10 mm
Abstand von der Längskante der Folienbahn entnommen. Die Proben wurden über einen
Zeitraum von-2 Stunden bei 80°C auf einer Unterlage, die Naßnderungen der Proben
nicht behinderte, im Wärmeschrank gelagert. Es wird festgestellt: a) ob bei dieser
Lagerung und 2 Stunden nach Abkühlung auf 200C -Blasenbildung aufgetreten ist, b)
welche Maßänderungen 2 Stunden nach Abkühlen auf 200C in Längs- und Querrichtung,
bezogen auf die Mbße vor der Xagerung in Wärme, aufgetreten sind.
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Die Prüfung ergab, daß nach der Lagerung keine Blasenbildung aufgetreten
ist. Die Maßänderung nach dem Abkühlen betrug in Längs- (Extrusionsrichtung) 0,8
%, in Querrichtung 0,9 % und lag unter dem in der Norm geforderten Wert von 1 %.
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Die Flexibilität der beschichteten Folie ist wesentlich größer als
bei einer Glasvliesbeschichtung.
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Infolge des größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten von Polyamid schüsselt
die Folie an den Seiten nur etwa 1 cm auf, während sie bei der Glasvliesbeschichtung
8 cm und mehr beträgt. Dadurch wird das Verkleben mit dem Untergrund wesentlioh
erleichtert.
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Eine Schädigung des Bitumen-Kunststoff-Gemisches erfolgt nicht, weil
keine Schlichten oder Haftmittel wie bei der Glas-Vlies-
Herstellung
verwendet werden, sondern die hbohschmelzenden Strukturfasern mit niedrigsohmelzenden
Bindefasern aus einem Misehpolymerisat des Polyamids verbunden werden.
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Beispiel 2 Die beschichtete Folie wurde auf einem Zementglattstrieh
verklebt. Das zur Verklebung verwendete Bitumen vom Typ 85/25 besaß eine Temperatur
von 200 bis 2200C, Haftung von 5 cm breiten Streifen: Bitumen gegen Faservlies Glasvlies
4,5 kp/5 cm 2,5 kp/5 cm Probenbreite Die bessere Haftung ist darauf zurückzuführen,
daß die Bindefasern des Vlieses teilweise im Bitumen elnschmelzen, damit ein homogenes
Gemisch bilden und sich fest im Bitumen verankern.
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Sie erzeugen eine Haftbrücke zwischen dem Trägervlies und dem Bitumen.
Bei höheren Temperaturen um 300°C, wie sie beim Verschweißen der Folie kurzfristig
auftreten, schmelzen auch die Strukturfasern des Vlieses an.
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Deehalb lassen sich auch beschichtete Folien miteinander verschweißen.
Das ist ein großer Vorteil gegenüber glasvliesbesohichteten Folien.
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Die erfindungsgemäß mit einem Mischvlies beschichteten Folien bestehen
ebenso wie die glasvliesbesohiohtete Folie Aberraschenderweise den Brandtest nach
DIN 4102, Blatt 3, Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen.
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Beispiel 3 Eine Folie aus 50 % Erdölbitumen mit einer Penetration
von 80 1/ 10 me, nach DIN 1995, und 50 % Äthylen-Copolymerisat wird mit einem Vlies
auf übliche Art während der Extrusion kaschiert.
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Das Copolymerisat besteht aus 82 Teilen Äthylen und 18 Teilen n-Butylaerylat
und hat einen Schmelzindex von 2,1. Das zur Kaschierung verwendete Vlies besteht
aus 2 Teilen Polyesterfasern (Strukturfasern) und einem Teil Polyäthylenfasern (Bindefasern).
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Diese Folie wird mit Bitumen 85/25 (Temperatur 2000C) auf eine Asbestzementplatte
geklebt und nach dem Erkalten die Trennlast an 5 cm breiten Proben ermittelt. Die
Trennlast, gemessen bei einer Backenabzugsgeschwindigkeit von 200 mm/Minute beträgt
3,5 kp/5 cm Probenbreite. Verwendet man einVlies, das nur aus Polyesterfasern besteht,
so beträgt. die renalast nur 0,5 kp/5 cm Probenbreite.
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BetepLel 4 Ein Polyamid-Vlies, das aue 85 % Strukturfasern mit einem
Schmelzpunkt von 220°C und aus 15 % Bindefasern mit einem Schmelzpunkt von 160°C
besteht, wird beidseitig mit einem Polyolefin-Bitumen-Gemisch beschichtet. Die Beschichtung
erfolgt in zwei Arbeitsgängen mittels Extruder. Das beidseitig beschi,chtete Vlies
wird zu großflächigen Planen für die Abdichtung von Erdbecken zusammengeschweißt.
Das Polyamid-Vlies hat die bei der Verlegung auftretenden Zugkräfte aufgenommen
und die Verbundfolie vor zu starken Verformungen geschützt.